冷板是冷却系统的一部分,一般的液冷冷却系统还包括泵、冷源、膨胀罐、换热器等,冷板是冷却系统终端与电子元件换热的设备,而系统所有其他设备都是为冷板实现其散热功能所服务,因此冷板设计一般要与冷却系统设计同时考虑。
冷板设计通常要考虑以下几个因素:
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冷板材质与冷却剂的相容性;
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电子元件热负载要求;
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冷板流阻与系统匹配问题;
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冷板结构设计。
冷板材质与冷却剂的相容性
在冷却系统中,在选择冷板材质时,一方面需要考虑冷板运行的环境条件,另一方面需考虑冷板与冷却剂之间的相容性。冷板的材质可以选用铜、铝、不锈钢和钛合金等不同材质。铜导热系数高,工艺性好,对于普通大气环境、海洋性气候条件及水等液体介质是适用的。
铝合金与PAO、滑油及美国3M公司生产的用于电子冷却用的氟碳化合物流体工质是相容的。纯水——乙二醇水溶液对铝合金有腐蚀,但加入硅酸盐等缓蚀剂后,对铝合金没有腐蚀。不锈钢和钛合金与绝大多数流体工质是相容的,包括有腐蚀性的去离子水。
电子元件热负载要求
电子设备及电子元件工作时,会产生部分耗散热。随着电子、微电子技术发展,电子设备正朝着高集成度组装、微组装的方向发展,因此电子元件的耗散热越来越大,传统风冷已经无法满足温控需求,液冷应运而生,冷板在设计中需考虑电子元件的热负载要求。
冷板流阻与系统匹配
冷板为冷却系统的一部分,冷板的流阻关系到系统泵的选择,如冷板流阻过大,系统扬程较小,就会造成系统流量较小,冷板换热性能达不到技术指标要求。如果冷板流阻小,系统扬程过大,造成系统压力过高,系统“高压”运行,冷板内流速较大,影响冷板的使用寿命和可靠性。因此冷板流阻和系统泵选择一定要相互匹配。
冷板结构设计
冷板结构设计,一方面要注意冷板强度设计满足技术要求,另一面注意进出口管接嘴设计,特别是真空钎焊内翅片式冷板,由于冷板较薄,所以流体进入和流出冷板的流动面积较小,有较大的流动阻力和部分流动死区,因此在结构设计时注意避免局部流动死区。
综上考虑,在设计冷板过程中,一方面可根据电子元件热设计要求,选择合适的冷板,提出对冷却系统的要求。另一方面如果冷却系统参数已经确定,就需要根据电子元件热设计要求和冷却系统要求,整体设计过程如下:首先选择冷板材质,确定冷板结构形式。第二步进行冷板整体换热性能计算,确定能否在设计要求下及时带走电子元件产生的热量,第三步校核局部热流密度较大区域的换热情况及表面温度。第四部进行流阻计算。第五步进行重量计算。如果上述计算都满足系统要求,就不再调整冷板结构,否则调整冷板结构重新进行计算,直到满足要求为止。
资料来源:正和铝业
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原文始发于微信公众号(艾邦储能与充电):冷板设计流程中需考虑哪些因素?